窄線(xiàn)寬外腔可調(diào)諧激光器的理論與實(shí)驗(yàn)研究.pdf

1、密集波分復(fù)用（Dense wavelength division multiplexing，DWDM）光纖通信系統(tǒng)的大規(guī)模應(yīng)用使得業(yè)界對(duì)可調(diào)諧激光器的需求逐漸增加。外腔可調(diào)諧激光器由于光譜線(xiàn)寬窄、調(diào)諧范圍寬、輸出功率高等優(yōu)點(diǎn)受到了廣泛的關(guān)注。
　　本論文對(duì)基于微機(jī)電系統(tǒng)（Microelectromechanical systems，MEMS）技術(shù)的窄線(xiàn)寬外腔可調(diào)諧激光器進(jìn)行了系統(tǒng)的理論和實(shí)驗(yàn)研究。著重開(kāi)展了MEMS型外腔可調(diào)諧激光

2、器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、理論模型建立和實(shí)際研制等工作，對(duì)設(shè)計(jì)及研制窄線(xiàn)寬外腔可調(diào)諧激光器有一定的參考價(jià)值。本論文的主要?jiǎng)?chuàng)新性研究?jī)?nèi)容包括以下幾個(gè)方面：
　　提出了一種以衍射光柵結(jié)合普通單軸MEMS轉(zhuǎn)鏡為模式選擇濾波器的窄線(xiàn)寬外腔可調(diào)諧激光器結(jié)構(gòu)。為實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)ITU-T波長(zhǎng)輸出，在激光器的諧振腔內(nèi)加入了自由光譜范圍為50GHz的熔石英標(biāo)準(zhǔn)具，在抑制相鄰縱模的同時(shí)還起到了波長(zhǎng)鎖定的作用，從而避免了附加波長(zhǎng)鎖定裝置的使用。該外腔可調(diào)諧激光器在完全保

3、留了普通外腔激光器的線(xiàn)寬窄、調(diào)節(jié)范圍寬等特點(diǎn)的同時(shí)還兼具結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、可靠性高的優(yōu)點(diǎn)。
　　建立了一種新型的分析外腔激光器特性的理論模型：對(duì)于外腔無(wú)源光路部分，首先不考慮激光器的諧振特性，用ZEMAX光學(xué)設(shè)計(jì)軟件和高斯光束耦合方法建立了外腔部分的光路模型，分析了外腔光路的包括外腔損耗，模式選擇濾波器以及標(biāo)準(zhǔn)具帶寬等特性；在獲得了外腔無(wú)源光路的特性基礎(chǔ)上，首次用改進(jìn)的時(shí)域行波法（Time domain travelling wave，T

4、DTW）模擬并優(yōu)化了整體器件的輸出特性，著重分析了標(biāo)準(zhǔn)具的特性對(duì)該激光器的波長(zhǎng)精度以及調(diào)節(jié)特性的影響；同時(shí)分析和討論了該 MEMS型可調(diào)諧激光器的線(xiàn)寬特性。該理論模型的建立為設(shè)計(jì)各類(lèi)外腔可調(diào)諧激光器起到了良好的指導(dǎo)作用。
　　研制了國(guó)內(nèi)首臺(tái)符合OIF-MSA-ITLA-01.2標(biāo)準(zhǔn)的窄線(xiàn)寬集成可調(diào)諧激光器模塊（Integrated tunable laser assembly，ITLA），該器件的能夠?qū)崿F(xiàn)光通信C波段100個(gè)通道的

5、輸出，波長(zhǎng)精度在±1GHz以?xún)?nèi)，在整個(gè)調(diào)節(jié)范圍內(nèi)，其輸出功率大于20mW，線(xiàn)寬小于50kHz；研制了低噪聲、小型化、高穩(wěn)定性的激光器驅(qū)動(dòng)電路；探索并研究了外腔型可調(diào)諧激光器中微光學(xué)器件的高穩(wěn)定固定及封裝的工藝方法，建立了一整套的調(diào)試、封裝及測(cè)試的工藝平臺(tái)。
　　搭建了兩套相干光通信傳輸平臺(tái)來(lái)驗(yàn)證該MEMS外腔可調(diào)諧激光器模塊在實(shí)際應(yīng)用中的性能：首先在112Gb/s偏振復(fù)用正交相移鍵控（Polarization-multiplexe

6、d quadrature phase-shift keying，PM-QPSK）平臺(tái)中，使用該激光器作為本振光源進(jìn)行了背靠背傳輸實(shí)驗(yàn)。進(jìn)一步地，在相干光正交頻分復(fù)用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）系統(tǒng)中使用該激光器作為發(fā)送端的信號(hào)光源，在不同的FFT長(zhǎng)度下進(jìn)行了調(diào)制碼型為正交幅度調(diào)制（quadrature amplitude modulation,4-QAM）的背靠背傳輸